KR20060080146A - 초소형 일체형 광학장치 - Google Patents

초소형 일체형 광학장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20060080146A
KR20060080146A KR1020060049772A KR20060049772A KR20060080146A KR 20060080146 A KR20060080146 A KR 20060080146A KR 1020060049772 A KR1020060049772 A KR 1020060049772A KR 20060049772 A KR20060049772 A KR 20060049772A KR 20060080146 A KR20060080146 A KR 20060080146A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
lens
light source
optical device
sensor
Prior art date
Application number
KR1020060049772A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100700507B1 (ko
Inventor
주성철
Original Assignee
(주)모비솔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)모비솔 filed Critical (주)모비솔
Priority to KR1020060049772A priority Critical patent/KR100700507B1/ko
Publication of KR20060080146A publication Critical patent/KR20060080146A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100700507B1 publication Critical patent/KR100700507B1/ko
Priority to PCT/KR2007/001611 priority patent/WO2007142403A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002—Three-dimensional structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14678—Contact-type imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 초소형 일체형 광학장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 산란광의 결상렌즈로의 광로를 굽은 형태로 제공하기 위한 초소형 일체형 광학장치에 관한 것이다.
본 발명의 초소형 일체형 광학장치는 광학장치에 있어서, 빛을 방사하는 적어도 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 대물면에 집광시키고, 대물면에 위치하는 물체에 반사된 빛을 센서로 유도하기 위한 투명의 렌즈구조물; 상기 렌즈구조물의 외측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 모듈커버구조물; 및 상기 렌즈구조물의 내측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 센서커버구조물을 포함한다.
광학구조, 산란광, 조도, 렌즈, 포인팅장치, 광마우스, 입력장치

Description

초소형 일체형 광학장치{Micro integral optic device}
도 1은 종래의 광학장치를 나타내는 단면도,
도 2는 종래기술의 다른 예로서, 한국공개특허 제2004-89907호의 광학구조를 나타내는 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광학장치의 일실시예를 나타내는 분해사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 모듈커버구조물의 일실시예를 나타내는 사시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 렌즈구조물의 일실시예를 나타내는 사시도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 센서커버구조물의 일실시예를 나타내는 사시도,
도 7은 도 3의 광학장치에 따른 일실시예를 나타내는 조명광학부 기준의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 조명광학부의 일실시예를 나타내는 단면도,
도 9는 도 3의 광학장치에 따른 일실시예를 나타내는 제1산란광차단부 기준 의 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 대물면 상에서의 조도를 나타내는 그래프,
도 11은 본 발명에 따른 대물면 상에서의 제2광원에 의한 조명분포도를 나타내는 그래프,
도 12a는 본 발명에 따른 일실시예의 광원배치도,
도 12b는 본 발명에 따른 다른 실시예의 광원배치도이다.
본 발명은 초소형 일체형 광학장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 산란광의 결상렌즈로의 광로를 굽은 형태로 제공하기 위한 초소형 일체형 광학장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 광학장치를 나타내는 단면도이다.
종래의 광학장치는 볼록렌즈 형태의 발광표면을 가지는 LED(100)에서 방사된 빛이 광학적 투명체로 제작된 렌즈 및 반사면 일체형 광학구조물(110)의 오른쪽으로 유입되어 두 번의 반사를 거쳐 물체의 표면(120)에 반사된 후 결상렌즈를 거쳐 센서로 유입되는 구성이다.
종래의 광학장치에 따르면 볼록렌즈 형태를 띠는 LED 표면에서 빛이 방사됨으로써 방사패턴이 균일한 광원을 확보할 수 있고, 반사면을 단순히 광로만 계산하 여 설계하여도 무방하다. 또한, 초점심도가 큰 결상렌즈를 확보할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 광학장치는 박형의 초소형 광학장치를 위한 광학구조로는 적합하지 않은 것이며, 이러한 광학구조를 그대로 초소형으로 만들 경우 광효율이 심각하게 떨어져 광학장치가 제대로 동작할 수 없게 되는 문제점이 있다.
도 2는 종래기술의 다른 예로서, 한국공개특허 제2004-89907호의 광학구조를 나타내는 단면도이다. 여기서는 LED 대신 LED칩을 COB로 부착하기 때문에 광원에서 방사된 빛을 집속하기 위한 제1렌즈면(200)를 구비해야 하며, 물체표면으로 광로를 변화시키기 위한 반사면(210)을 포함한다. 따라서, 이러한 광학구조는 전체적으로 마우스의 크기를 줄이기 위해 동일한 평면에 센서(220)와 LED(230)를 COB로 부착하여 광학구조의 높이를 낮출 수 있다.
그러나, 광학장치를 박형화하기 위해 PCB상에 COB 또는 SMT가 가능한 박형 LED를 광원으로 사용하면 박형 구조의 구현은 가능하게 되나, 이러한 광원의 방사특성은 빛이 여러 방향으로 퍼지는 람베르시안(Lambertian) 형태의 방사특성을 가지므로 단순한 볼록렌즈, 평면 형태의 반사면, 그리고 출사면은 저품위 조명을 제공하게 된다. 즉, 이미지센서에서 획득되는 영상품질을 저하시키고, 센서 성능의 저하를 초래한다.
따라서, 박형 LED의 발산형태 광을 사용하기 위해서는 이미지 획득에 필요한 지역에 균일하게 조명할 수 있도록 하는 광 가이드 기능을 갖는 광학구조물이 최적화되어야 소정의 효과를 얻을 수 있다. 또한 휴대정보기기에 사용하기 위해서는 저전력 고효율 구현이 필요하므로 광 가이드 기능을 갖는 광학구조물은 광가이드 기 능과 함께 집광기능을 가지고 있어 광효율을 개선하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2의 광학구조에서와 같이 종래의 광학구조는 광경로상에 유효하지 않은 빛의 성분이 모두 잡음으로 영향을 미치게 되므로, 광원에서 방사된 빛이 광학적 투명체인 광학구조물의 몸체 내에서 산란되어 제2렌즈면(240)에 유입되는 것을 차단할 수 없다. 또한, 조리개의 예시가 없어 광원에서 방사된 빛이 직접 센서에 영향을 미치는 것도 방지할 수 없는 단점이 있다. 광원으로부터의 빛이 직접적으로 결상렌즈에 흘러든다면, 이 빛은 대물면에 반사되어 결상렌즈에 유입되는 빛에 비하여 큰 광량을 가지기 때문에 센서의 신호대 잡음비를 매우 저하시키므로 센서의 정상동작이 불가능하게 된다.
이는 소형 박형의 광학 방식 센서를 구현하기 위해 광원과 센서, 그리고 조명 대상물이 매우 접근하여 위치하게 되기 때문이다. 즉, 밝은 광원과 감도가 높은 센서를 매우 근접하게 설치하므로 잡광이 일부만 유입되어도 센서의 성능을 크게 저하시키거나 정상 동작을 불가능하게 한다. 따라서 밝은 광원과 감도가 높은 센서를 광학적, 전기적으로 분리하는 구조가 매우 중요한 것이다.
광학 조명의 경우 대물면에서의 조도는 대물면의 각 지점에서 광원까지 광학 거리 제곱에 역비례하는 조도를 제공하게 된다. 따라서 광원과 센서, 그리고 조명 대상물이 매우 접근하여 위치하게 되면서 조명이 필요한 지역 내부에서 각 지점으로부터 광원까지 거리 차이를 무시할 수 없게 된다. 예를 들어, 소형 박형의 광학시스템에서는 광원에서 가까운 쪽이 밝고 광원에서 먼 쪽이 어두워지는 문제가 발생하므로 조명균일도 품위가 떨어지며, 이는 센서의 성능 저하를 초래하게 된다.
이를 극복하기 위하여 광섬유다발과 같은 광가이드 구조물을 사용하여 조명이 필요한 지역들을 세분하여 직접 조명하는 방법이 있으나, 일체화 제작 및 원가 절감에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학장치 내·외부의 광원에서 방사된 빛이 산란하여 직접적으로 센서에 도달하는 것을 방지하기 위한 초소형 일체형 광학장치를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 광학장치에 있어서, 빛을 방사하는 적어도 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 대물면에 집광시키고, 대물면에 위치하는 물체에 반사된 빛을 센서로 유도하기 위한 투명의 렌즈구조물; 상기 렌즈구조물의 외측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 모듈커버구조물; 및 상기 렌즈구조물의 내측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 센서커버구조물을 포함하는 초소형 일체형 광학장치에 의해 달성된다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광학장치의 일실시예를 나타내는 분해사시도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 광학장치는 대물면의 물체에 반사된 빛을 감지하기 위한 센서(360) 및 광원(300)이 구비된 PCB 기판(380), 센서(360)를 보호를 보호하기 위한 센서커버구조물(370), 광원(300)에서 방사된 빛을 대물면(340)에 모아주고 대물면(340)에서 반사된 빛을 센서(360)에 모아주기 위한 렌즈구조물(330), 및 PCB 기판(380)과의 사이에 센서커버구조물(370) 및 렌즈구조물(330)을 구비하여 이들을 보호하기 위한 모듈커버구조물(390)을 포함한다.
여기서, 광원(300)은 칩형태의 LED 광원으로서 복수 개의 광원을 사용할 경우 각각의 광원은 광학 특성이 다른 물체에 대한 반사 특성을 고려하여 다른 색의 LED를 사용할 수 있다. 그리고, 광원은 LED뿐 아니라, LD 또는 IR 다이오드 칩을 사용할 수 있다.
또한, 센서(360)는 와이어 본딩(wire bonding), 플립칩(flip chip) 등의 공 정으로 PCB 기판(380)상에 부착한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 모듈커버구조물의 일실시예를 나타내는 사시도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 모듈커버구조물(390)은 렌즈구조물(330)을 안착시켜 조립되는 것으로서, 광원(300)에서 방사된 산란광이 센서(360)로 유입되는 것을 방지하기 위한 제1산란광차단부(391), 렌즈구조물(330)의 조명광학부(310)와의 조립을 위한 렌즈조립부(392), 이동을 감지할 물체가 위치하는 대물면(340) 및 PCB 기판(380)에 조립되기 위한 모듈커버지지대(393)를 포함한다.
한편, 모듈커버구조물(390)은 불투명 재질로 구성하여 외부에서의 산란광이 모듈커버구조물(390) 내부로 유입되어 광학장치의 성능을 저하시키는 것을 방지한다.
또한, 모듈커버구조물(390)은 제1산란광차단부(391) 및 모듈커버지지대(393)를 일체형 구조로 포함한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 렌즈구조물의 일실시예를 나타내는 사시도이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 렌즈구조물(330)은 광원(300)에서 방사된 빛의 이동로를 위한 조명광학부(310), 대물면(340)의 물체에 반사된 빛을 센서에 모아주기 위한 수광부(320), 센서커버구조물(370)과 조립되기 위한 조립홀(332) 및 PCB 기판(380)에 조립되기 위한 렌즈지지대(331)를 포함한다. 여기서, 수광부(320)는 대물면(340)에 위치한 물체에 반사된 빛을 센서(360)에 모아주기 위한 결상렌즈(321)를 포함하여 구성된다.
한편, 렌즈구조물(330)은 조명광학부(310), 수광부(320) 및 렌즈지지대(331) 를 일체형 구조로 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 센서커버구조물의 일실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 센서커버구조물(370)은 광원(300)에서 방사된 산란광이 센서(360)로 유입되는 것을 방지하기 위한 제2산란광차단부(372), 센서(360)로 유입되는 빛의 양을 조절하기 위한 광학적 조리개 기능을 하는 개구부(371), 제1산란광차단부(391)의 산란광 차단의 기능을 보조하기 위한 보조차단부(374) 및 PCB 기판(380)에 조립되기 위한 센서커버지지대(373)를 포함한다.
한편, 센서커버구조물(370)은 제2산란광차단부(372), 보조차단부(374) 및 센서커버지지대(373)를 일체형 구조로 포함한다.
도 5a 내지 도 6b를 참조하여 광학장치의 구조를 살펴보면, 센서커버구조물(370)은 센서(360)에 외부의 빛이 유입되는 것을 차단하기 위해 조명광학부(310, 310') 및 수광부(320) 하측에 위치시키고, 광학적 조리개 역할을 하는 개구부(371)를 제외한 센서커버구조물(370)의 형태를 완전 밀폐형 구조로 설계하여 조리개 기능 및 센서 보호 기능을 갖는다.
또한, 센서커버구조물(370)은 PCB(380)에 구비된 홀에 조립되기 위한 센서커버지지대(373)를 일체형으로 구비한다.
제1조명광학부(310)와 수광부(320) 사이 및 제2조명광학부(310')와 수광부(320) 사이에 센서커버구조물(370)과의 조립을 위한 한 쌍의 조립홀(332)을 구비한다. 한 쌍의 조립홀(332)에 센서커버구조물(370)에 구비된 한 쌍의 산란광차단부(372)를 끼워 조립하여 조명광학부(310, 310')의 빛이 광학장치의 광학구조 내부 를 통과하여 수광부(320)로 유입되는 것을 방지한다. 이는 빛이 통과할 수 없도록 하기 위한 불투명 재질인 한 쌍의 산란광차단부(372)가 상기 조립을 통해 제1조명광학부(310)와 수광부(320) 사이 및 제2조명광학부(310')와 수광부(320) 사이를 가로막게 되기 때문이다.
또한, 상기 센서커버구조물(370)과 렌즈구조물(330)은 조립시 에폭시와 같은 접착제를 이용하여 접착시켜 고정할 수 있다. 조립시 에폭시와 같은 접착제를 이용하여 렌즈구조물(330)과 접착되는 센서커버구조물(370)은 광학 개구부를 포함하여 밀폐형이 되므로 모듈커버구조물(390)과 함께 산란광차단부를 구성하면서 동시에 센서를 보호하는 방수 방진기능을 제공한다.
한편, 조명광학부(310, 310')와 수광부(320)를 포함하는 렌즈구조물(330)은 자신과 조립되는 센서커버구조물(370)의 하부에 위치하는 PCB(380)에 조립되기 위한 렌즈지지대(331)를 일체형으로 구비한다. 또한, 여러 기능의 구성들을 하나의 일체형 구조로 가지는 렌즈구조물(330)은 사출 구조물로서 생성함이 바람직하다.
센서커버지지대(373) 및 렌즈지지대(331)를 단순히 PCB(380)에 끼워 조립함으로써 광학장치 생산시 조립 오차를 최소화할 수 있고, 공정을 단순화할 수 있다.
도 7은 도 3의 광학장치에 따른 일실시예를 나타내는 조명광학부 기준의 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 조명광학부의 일실시예를 나타내는 단면도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 센서커버구조물(370)이 센서커버지지대(373)를 이용하여 광원(300) 및 센서(360)를 실장한 PCB 기판(380)상에 조립되고, 센서커버구조물(370)과 렌즈구조물(330)은 제2산란광차단부(372)가 조립홀(332)에 끼워져 상호 조립된다. 물론 이후 렌즈구조물(330)은 모듈커버구조물(390)에 덮히는 형태로 조립되어 렌즈구조물(330)로의 외부광의 유입은 차단된다.
여기서, 광학장치가 한 쌍의 광원 및 조명광학부를 구비할 경우를 살펴보면 다음과 같다.
제1조명광학부(310)는 제1광원(300)에서 방사된 빛을 집광하여 대물면(340)으로 전달하기 위한 3개의 광학면을 갖는 프리즘 구조로 형성된다.
또한, 제1조명광학부(310)와 동일한 구조에 동일한 기능을 수행하며, 대물면(340)을 기준으로 제1조명광학부(310)와 대향되어 구비되는 제2조명광학부(310')는 제1조명광학부(310) 및 수광부(320)와 일체형 구조로 형성된다.
제1조명광학부(310)를 기준으로 살펴보면, 제1조명광학부(310)는 제1광원(300)에서 방사된 빛을 1차적으로 모아 평행광으로 만드는 프리즘 구조의 제1입사렌즈(311), 제1입사렌즈(311)로부터 평행광을 입사받아 2차적으로 모아 반사하는 제1반사렌즈(312) 및 제1반사렌즈(312)에 반사된 빛을 모아 대물면(340)에 비춰주는 제1출사렌즈(313)를 포함한다.
여기서, 제1입사렌즈(311)는 모든 방향으로 퍼지는 제1광원(300)의 빛을 모을뿐 아니라, 제1광원(300)의 빛이 평형성을 갖도록 하는 빔포밍(beam forming) 기능을 수행할 수 있는 구조로 구성되고, 제1반사렌즈(312)는 제1입사렌즈(311)를 통과한 빛의 경로를 바꾸어 주며, 좌우로 퍼지는 빛의 성분을 중앙으로 모아주는 기능을 하는 구조로 구성되며, 제1출사렌즈(313)는 최종적으로 제1조명광학부(310)가 목표로 하는 대물면(340)에 빛이 모이게 하는 구조로 구성된다. 즉, 제1조명광학 부(310)는 입체의 x, y, z축이 있을 경우, 제1입사렌즈(311)가 x축으로 퍼지는 빛을 모아주고, 이 빛을 반사하기 위한 제1반사렌즈(312)는 y축으로 퍼지는 빛을 모아주며, 제1출사렌즈(313)는 다시 z축으로 퍼지는 빛을 대물면(340)에 모이게 하는 구조로 구성된다.
또한, 제1조명광학부(310)의 제1입사렌즈(311), 제1반사렌즈(312) 및 제1출사렌즈(313)는 각각 구면, 비구면의 구형, 실린더형 및 토로이달(torroidal)형 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
제1조명광학부(310)에 포함되는 3가지의 렌즈는 각각의 위치에서 무차별적인 방향으로 퍼지는 제1광원(300)의 빛을 모아 대물면(340)으로 보내는 기능을 함으로써, 광경로상의 무효한 빛을 유효한 빛으로 바꾸어 준다. 따라서, 칩 형태의 LED를 광원으로 사용할 때 발생하는 문제를 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 광원에서 방사되는 빛의 효율을 최대화하여 광원의 광량을 낮추고, 이로 인해 광학장치의 소모전력을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
센서커버구조물(370)은 투명하지 않은 재질로 구비되어 밝은 광원과 높은 감도의 센서를 광학적 또는 전기적으로 분리시킨다. 또한, 센서커버구조물 외부의 광원(300, 300')에서 방사되는 빛으로부터 센서(360)를 암실형태로 격리시키며, 광원(300, 300')에서 방사된 빛이 산란하여 센서(360)로 유입되는 것을 방지하기 위한 제2산란광차단부(372)를 일체형 구조로 포함한다.
즉, 광원(300, 300')에서 방사되는 빛이 직접적으로 결상렌즈(321)에 유입되면, 이 빛은 대물면(340)에 반사되어 결상렌즈(321)에 유입되는 빛에 비하여 더욱 큰 광량을 가지므로 소량의 광량일지라도 장치의 광학성능에 악영향을 미치게 되기 때문이다.
도 9는 도 3의 광학장치에 따른 일실시예를 나타내는 제1산란광차단부 기준의 단면도이다. 도 9를 참조하면, 이는 두 개의 광원과 두 개의 조명광학부를 포함하는 광학장치의 경우를 나타내고 있다.
이러한 광학장치의 경우 대물면(340)을 기준으로 대칭되는 위치에 위치하는 두 개의 광원(300, 300') 및 조명광학부(310, 310')로 인해 두 개의 제2산란광차단부(372)를 구비하였다.
따라서, 제2산란광차단부가 위치하는 일측의 축상으로부터 센서에 유입될 수 있는 산란광은 한 쌍의 산란광차단부를 통해 차단하고, 제2산란광차단부가 위치하는 일측의 축이 아닌 다른 이측의 축으로부터 센서에 유입될 수 있는 산란광은 제1산란광차단부를 통해 차단한다.
제1산란광차단부는 센서커버구조물에 일체형 구조로 구비되며, 센서의 위치를 아래방향으로 간주할 때 오목한 형태로 구성된다. 즉, 렌즈구조물의 외곽과 결상렌즈 사이에 오목한 형태의 제1산란광차단부를 구비하여 산란광의 결상렌즈로의 광로를 굽은 형태로 제공함으로써 광학장치 내부의 산란광이 결상렌즈를 거쳐 센서로 유입되는 것을 방지한다.
이는 도 9에서와 같이 렌즈구조물 외곽으로부터의 산란광이 오목한 형태의 제1산란광차단부에 부딪쳐 광량이 상쇄되기 때문이다.
또한, 센서커버구조물도 제1산란광차단부와 함께 산란광을 차단하기 위해 개 구부와 개구부 외곽 사이를 오목한 형태로 형성한다. 여기서 센서커버구조물은 오목한 부분을 기준으로 개구부 반대쪽 끝에 볼록한 형태의 보조차단부를 형성하여 이 부분을 통과할 산란광이 결상렌즈로 유입되는 각을 줄여주어 산란광의 차단을 돕는다.
한편, 제1산란광차단부의 위치에 해당하는 렌즈구조물의 일부분은 정밀가공 또는 방전가공으로 형성한다.
센서커버구조물과 모듈커버구조물은 반사계수가 낮은 소재를 사용한다. 예를들어 흑색이 바람직하며, 구체적으로 이들의 소재는 PMMA, PC(Poly-Carbonate), 아세탈 및 광학유리 중 어느 하나가 바람직하다. 또한, 센서커버구조물과 모듈커버구조물은 방전가공 또는 샌드볼라스트와 같은 방법으로 표면을 거칠게 처리하여 산란광을 흡수하거나 더욱 산란시켜 충분히 약화시키는 구조로 구성한다.
도 10은 본 발명에 따른 대물면 상에서의 조도를 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 대물면에 도달하는 제1광원 및 제2광원의 빛은 그 도달거리에 따라 조도의 차이를 보이게 된다.
제1조명광학부의 경우, 제1광원으로부터의 빛은 제1조명광학부를 거쳐 대물면에 도달하고, 대물면에 도달한 빛은 대물면의 중심점을 기준으로 도 10 그래프의 A 곡선과 같은 조도 관계를 보인다.
즉, 그래프의 중심점(0.0)이 대물면의 중심점일 때, 제1조명광학부와 가까운 쪽의 대물면상에 도달하는 제1광원에서 발생한 빛의 조도가 제1조명광학부와 먼 쪽의 대물면상에 도달하는 제1광원에서 발생한 빛의 조도보다 높게 나타난다.
이에, 대물면상에서의 조도의 균일화를 위해 제1조명광학부와 대향되는 제2조명광학부를 구비시킨다.
즉, 제2조명광학부와 먼 쪽의 대물면상은 제1조명광학부를 기준으로 할 때 제1조명광학부와 가까운 쪽의 대물면상에 해당하므로 제1조명광학부로부터의 높은 조도의 빛과 제2조명광학부로부터의 낮은 조도의 빛이 서로 합쳐지고, 제2조명광학부와 가까운 쪽의 대물면상은 제1조명광학부와 먼 쪽의 대물면상에 해당하므로 제1조명광학부로부터의 낮은 조도의 빛과 제2조명광학부로부터의 높은 조도의 빛이 서로 합쳐져, 대물면상에서의 조도의 균일화를 이루게 된다.
따라서, 대향되는 제1, 2조명광학부를 통해 대물면상에서 조도의 균일화를 이룬 빛이 센서에 도달하게 되어 광학장치의 광 효율을 극대화할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 대물면 상에서의 제2광원에 의한 조명분포도를 나타내는 그래프이다. 도 11을 참조하면, 그래프는 제2조명광학부를 거쳐 대물면상에 도달한 제2광원에서 발생한 빛의 조명분포도를 나타내는 것으로서, 그래프의 좌측부분은 녹색을 나타내며 그래프의 우측부분은 붉은색을 나타내고 있음을 알 수 있다.
즉, 녹색을 나타내는 그래프의 좌측부분은 제2조명광학부로부터 먼 쪽의 대물면상의 조도를 나타내는 부분으로 상대적으로 낮은 조도를 나타내고 있으며, 붉은색을 나타내는 그래프의 우측부분은 제2조명광학부로부터 가까운 쪽의 대물면상의 조도를 나타내는 부분으로 상대적으로 높은 조도를 나타내고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이러한 대물면상에서의 조도의 불균일화로 인한 광효율을 저하를 방지하기 위해 대물면을 기준으로 대향되게 배치되는 한 쌍의 조명광학부를 구비시킴으로써 대물면상에서의 조도의 균일화를 이루어 광학장치의 광 효율을 극대화시킨다.
도 12a는 본 발명에 따른 일실시예의 광원배치도이고, 도 12b는 본 발명에 따른 다른 실시예의 광원배치도이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 발명의 광학장치는 대물면상에서의 조도의 균일화를 위해 적어도 두 개의 조명광학부(310)를 구비함이 바람직하다.
일예로, 상기 도 7에서와 같이 두 개의 조명광학부(310)를 구비하여 대물면상에서의 조도의 균일화를 이루기 위해서는 결상렌즈(321)를 기준으로 두 개의 조명광학부(310)가 서로 대향되게 배치하고, 세 개의 조명광학부(310)를 구비하여 대물면상에서의 조도의 균일화를 이루기 위해서는 결상렌즈(321)를 기준으로 세 개의 조명광학부(310)가 상호 일정한 각을 유지하여 배치함에 바람직하다.
이때, 광원(300)은 조명광학부(310)와 동일 개를 구비하여 하나의 조명광학부에 하나의 광원을 구비시키는 것이 바람직하다.
한편, 조명광학부(310)가 복수 개일 경우, 하나의 광원(300)만을 구비시켜 조명광학부(310)와 동일 개의 광원(300)을 구비시킬 경우와 동일한 광학장치의 성능을 기대할 수 있다. 이는 하나의 광원(300)으로부터의 빛을 광섬유를 이용하여 복수 개의 조명광학부(310) 각각에 공급해 줌으로써 가능하다.
본 발명의 광학장치는 박형 및 소형의 광학 방식센서에서 문제가 되는 조명 품질저하와 발광부의 빛이 직간접 경로로 결상계 및 센서에 유입되어 센서의 성능을 저하시키는 것을 방지하는 구조를 구현하였고, 또한 센서커버구조물, 렌즈구조물 및 모듈커버구조물이 일체형 구조로 형성됨으로써 낮은 경비로 생산할 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학장치를 초소형 광학방식의 광학장치 센서모듈로 사용하여 초소형 포인팅장치 또는 입력장치를 구현할 수 있다.
또한 광학 방식의 지문 센서로 소형화할 경우에도 조명품질의 저하나 산란광으로 인한 센서의 성능 저하를 막을 수 있게 되므로, 본 발명의 광학장치를 초소형 광학방식의 센서모듈로 사용하여 초소형 지문 센싱 장치의 구현이 가능하다. 이러한 초소형 지문 센싱 장치는 PC나 휴대형 단말기에서 보안기능을 강화하는데 실용적인 솔루션을 제공할 수 있게 한다.
더 나아가서 소형 박형의 포인팅장치나 입력장치를 구현하여 시계형, 반지형, 단추형 등 무선입력장치의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치는 노트북이나 초소형 노트북 타블렛(tablet) PC등에 내장되어 적은 공간에서 고성능의 포인팅기능을 구현할 수 있으며, 소형의 고성능 포인팅장치를 내장하거나 부착하는 유무선 키보드에 사용할 수 있다.
본 발명의 광학장치는 소형의 박형 포인팅기능을 구현할 수 있어 기존 단말기들의 네비게이션(navigation) 키기능을 대치하거나 포인팅기능을 추가하는 장치로서 활용될 수 있으며, 휴대형 게임기기에서도 소형 포인팅장치로서 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치를 홈네트워크 환경에서의 원격제어장치에 적용하 여 다기능 고성능의 원격제어장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 광학장치를 이용한 초소형 포인팅장치는 Kiosk 등 여러 사람이 접근하고 사용하는 기기에 내장되어 그 성능을 고도화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명의 초소형 일체형 광학장치는 산란광의 결상렌즈로의 광로를 굽은 형태로 제공함으로써 산란광이 결상렌즈를 거쳐 센서로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 광학장치에 있어서,
    빛을 방사하는 적어도 하나 이상의 광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 대물면에 집광시키고, 대물면에 위치하는 물체에 반사된 빛을 센서로 유도하기 위한 투명의 렌즈구조물;
    상기 렌즈구조물의 외측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 모듈커버구조물; 및
    상기 렌즈구조물의 내측에 조립되며, 상기 광원으로부터 발생한 산란광이 상기 결상렌즈에 도달하지 않도록 하는 구조를 갖는 불투명의 센서커버구조물
    을 포함하는 초소형 일체형 광학장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈커버구조물의 내측 상부는 상기 모듈커버구조물의 외곽과 대물면 사이가 돌출하여 상기 광원으로부터 발생한 산란광을 차단하는 초소형 일체형 광학장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서커버구조물의 외측 상부는 상기 센서커버구조물과 개구부 사이가 'U'자형 구조인 초소형 일체형 광학장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 렌즈구조물의 상부는 상기 렌즈구조물의 외곽과 결상렌즈 사이가 'U'자형 구조인 초소형 일체형 광학장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 렌즈구조물의 외곽과 결상렌즈 사이 부분은 정밀가공 또는 방전가공으로 형성하는 산란광 차단구조를 구비한 초소형 일체형 광학장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 센서커버구조물 및 모듈커버구조물의 소재는 PMMA, PC, 아세탈 및 광학유리 중 어느 하나인 산란광 차단구조를 구비한 초소형 일체형 광학장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 센서커버구조물 및 모듈커버구조물은 방전가공 또는 샌드볼라스트 방법으로 형성하는 산란광 차단구조를 구비한 초소형 일체형 광학장치.
KR1020060049772A 2006-06-02 2006-06-02 초소형 일체형 광학장치 KR100700507B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060049772A KR100700507B1 (ko) 2006-06-02 2006-06-02 초소형 일체형 광학장치
PCT/KR2007/001611 WO2007142403A1 (en) 2006-06-02 2007-04-03 Integrated micro-optic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060049772A KR100700507B1 (ko) 2006-06-02 2006-06-02 초소형 일체형 광학장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060080146A true KR20060080146A (ko) 2006-07-07
KR100700507B1 KR100700507B1 (ko) 2007-03-28

Family

ID=37171611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060049772A KR100700507B1 (ko) 2006-06-02 2006-06-02 초소형 일체형 광학장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100700507B1 (ko)
WO (1) WO2007142403A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873385B1 (ko) * 2006-03-22 2008-12-10 히타치 오므론 터미널 솔루션즈 가부시키가이샤 생체인증장치 및 현금자동거래장치
US20110188253A1 (en) * 2009-01-06 2011-08-04 Partron Co., Ltd. Optically Open Stacked Type Subminiature Optical Device
WO2014208920A1 (ko) * 2013-06-25 2014-12-31 주식회사 루멘스 비접촉식 광센서 및 이를 갖는 단말기
KR101524047B1 (ko) * 2013-06-25 2015-05-29 주식회사 루멘스 비접촉식 광센서 및 이를 갖는 단말기

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8173950B2 (en) 2008-02-19 2012-05-08 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Single track optical encoder
US7795576B2 (en) 2008-12-23 2010-09-14 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Single dome lens reflective optical encoder
KR101024573B1 (ko) 2010-03-15 2011-03-31 주식회사 세코닉스 프레넬 렌즈를 구비한 초소형 광학입력장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4484378B2 (ja) * 2001-02-09 2010-06-16 Ｈｏｙａ株式会社 一眼レフ式電子スチルカメラ
FR2822326B1 (fr) * 2001-03-16 2003-07-04 Atmel Grenoble Sa Camera electronique a faible cout en technologie des circuits integres
JP2007528554A (ja) * 2004-03-11 2007-10-11 モビソル インコーポレーテッド 一体型光学構造物を有する超小型ポインティングデバイス

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873385B1 (ko) * 2006-03-22 2008-12-10 히타치 오므론 터미널 솔루션즈 가부시키가이샤 생체인증장치 및 현금자동거래장치
US20110188253A1 (en) * 2009-01-06 2011-08-04 Partron Co., Ltd. Optically Open Stacked Type Subminiature Optical Device
WO2014208920A1 (ko) * 2013-06-25 2014-12-31 주식회사 루멘스 비접촉식 광센서 및 이를 갖는 단말기
KR101524047B1 (ko) * 2013-06-25 2015-05-29 주식회사 루멘스 비접촉식 광센서 및 이를 갖는 단말기

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007142403A1 (en) 2007-12-13
KR100700507B1 (ko) 2007-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100678694B1 (ko) 초소형 일체형 광학장치
KR100700507B1 (ko) 초소형 일체형 광학장치
JP4842363B2 (ja) ポインティング装置および電子機器
US10281611B2 (en) Proximity sensor and electronic apparatus including the same
JPH0983018A (ja) 発光ダイオードユニット
US20070188457A1 (en) Optical mouse system with illumination guide having a light spreading lens
KR101971669B1 (ko) 광학 센서 패키지
US5675143A (en) Proximity switch
US8428450B2 (en) Integrated optical module
KR100677820B1 (ko) 복수의 조명광학구조를 구비한 초소형 일체형 광학장치
US20180306715A1 (en) Smoke-detecting photosensor
KR101024573B1 (ko) 프레넬 렌즈를 구비한 초소형 광학입력장치
KR20060094066A (ko) 광 정합 필터를 내장한 포인팅 장치
WO2021059690A1 (ja) 光学モジュールおよび認証装置
KR200260592Y1 (ko) 원격검침을 위한 광센싱시스템
TWM436845U (en) Dustproof input device optical lens module
JP2011044125A (ja) 光学装置
TW201341878A (zh) 光插座及具備它之光模組
KR101607833B1 (ko) 플래쉬 모듈용 렌즈
US11543499B2 (en) Hybrid refractive gradient-index optics for time-of-fly sensors
US8168937B2 (en) Optical head for reading an image of an object
KR101987627B1 (ko) 발광 패키지
WO2007114587A1 (en) Integrated micro-optic device
KR101293779B1 (ko) 광학장치
KR101264376B1 (ko) 광학장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
G15R Request for early publication
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120313

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee